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Les régulateurs de charge photovoltaïques

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Les panneaux produisent de l'énergie, les batteries la stockent. Entre les deux, il est nécessaire d'avoir un régulateur de charge qui évite d'endommager la batterie par une surcharge non contrôlée.

De même les utilisateurs consomment l'électricité, soit en provenance des panneaux, soit en puisant dans la batterie. Il faut éviter dans la très grande majorité des cas de puiser trop d'énergie dans la batterie pour éviter de la détériorer.

C'est le rôle du régulateur de charge et de décharge, que par abus de langage nous appelons souvent régulateur de charge photovoltaïque. Attention, il existe aussi des régulateurs de charge de batterie qui ne gèrent que la charge, c'est une solution économique mais partielle.

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Voir tous les régulateurs que nous proposons

Les régulateurs de charge photovoltaïques sont caractérisés par 4 éléments principaux :

- le courant maximum de charge,

- le courant maximum de décharge,

- sa tension maximale admissible,

-le type de batteries auxquels ils sont destinés.

En première approche :

Le courant maximum de charge est donné par vos panneaux : prenez un peu de marge. Le paramètre Icc (intensité lorsque le panneau est en court circuit) convient très bien : prenez cette valeur (si plusieurs panneaux en parallèle,multipliez par le nombre de panneaux) , divisez la par 0.8 (vous aurez 20% de marge). Le régulateur devra avoir une intensité côté panneaux supérieure ou égale à cette valeur. Exception : si vous faites une installation en montagne ou au bord de la mer, ou une installation mobile qui peut s'y retrouver, une intensité lumineuse exceptionnelle doit être prise en compte : au lieu de diviser l'intensité par 0.8, divisez la par 0.6 (vous avez ainsi 40% de marge) et prenez un régulateur d'intensité supérieure ou égale.

Le courant maximum de décharge : s'il n'y a pas de moteur, c'est la somme de tous les équipements qui peuvent fonctionner en même temps (en pratique, prenez tous les équipements). Exception : s'il y a un moteur (ou un réfrigérateur), prenez son intensité x2.5 en général. C'est le courant qu'il consomme au démarrage et que le régulateur doit être capable d'absorber. Ne pas respecter les limites en intensité(charge ou décharge) amène à un échauffement du régulateur et finit par sa destruction, ou selon les cas à la destruction du fusible.

La tension maximale que peuvent délivrer les panneaux est fournie d'une part par la Voc (Voltage en circuit ouvert), qu'il faut corriger en fonction de la température : plus il fait froid, plus la tension augmente. Pour nos panneaux, en général, on aura une augmentation de la tension de 0.5 % quand la température  baisse de 1 degré C° , donc à -20°C, on aura une vingtaine de % de tension en plus par rapport à la Voc. Ces valeurs varient un peu selon les fabricants et beaucoup selon les technologies (du simple au double). Et si vous passez la tension maximale, le risque est un claquage immédiat du régulateur. Soyez vigilant !

Pour le type de batteries, voyez notre rubrique batterie et la boutique en ligne.

Dans les régulateurs avec écran LCD de Steca, vous avez la possibilité de choisir le type de batterie.

Si le régulateur de charge solaire est utilisé dans le cadre d’une application où des personnes vivent avec le système, il est important que ce régulateur soit équipé d’un grand écran LCD qui affiche les états de service à travers des symboles. Pour informer l’utilisateur sur le système et son mode d’utilisation, certains régulateurs  de charge solaire peuvent être équipé d’un compteur d’énergie intégré.

Dans le cas d’applications purement techniques, comme des systèmes d’éclairage nocturne, un régulateur de charge solaire avec un simple affichage DEL, peut être préférable.

Câbles, installation :

Pour assurer une longue durée de vie, il est important d’utiliser des régulateurs de charge solaire robustes et de les raccorder à la batterie via des câbles courts et correctement/suffisament dimensionnés . L’appareil doit toujours être fixé sur un mur non inflammable et directement au-dessus de la batterie (sauf capteur de température distant, cf plus bas). L’important est de laisser suffisamment d’espace libre tout autour du régulateur de charge solaire afin qu’il puisse suffisamment être refroidi par l’air ambiant. Dans tous les cas, il convient d’observer les instructions dans les manuels d’utilisation.

Les régulateurs de charge photovoltaïques respectent des protocoles lors de la charge, afin d'optimiser charge et durée de vie de la batterie.

A titre d'exemple, voici une courbe fournie par STECA qui montre la charge d'une batterie plomb ouverte ou gel par un régulateur à technologie shunt ou série . La courbe de charge plomb ouverte suit le pointillé, et passe périodiquement par la phase d'égalisation, la courbe de charge d'une batterie gel évite la phase d'égalisation qui peut endommager la batterie.

Des correctifs sont appliqués aux tensions de batterie par rapport à la température, c'est pourquoi, sur les bons régulateurs, il existe une sonde de température et aussi pourquoi on préconise de placer le régulateur de charge dans le local des batteries. En cas d'impossibilité, un certain nombre de régulateurs de charge acceptent des sondes de température déportées. Ainsi le régulateur peut être dans une pièce de vie alors que les batteries sont dans le garage, par exemple.

De plus, les régulateurs évolués gardent en mémoire le comportement de la batterie lors de son précédent chargement. Il savent ainsi 'l'âge' de la batterie et adaptent progressivement leur courbe de charge à l'usure, pour éviter des surcharges qui fatiguent la batterie.

Autre élément important : lorsqu'on consomme du courant pendant la charge, la tension de la batterie évolue. D'où l'intérêt de gérer la charge et la décharge de la batterie au niveau d'un régulateur. Un régulateur de charge seule (ne cherchez pas sur nos sites, nous n'en vendons pas) ne dispose pas d'un protocole de charge aussi performant qu'un régulateur de charge et de décharge. En général, il chargera une batterie 12V à 14V, quelle que soit la température, quel que soit son état d'usure.

Ce mode de fonctionnement dégradé existe aussi sur un certain nombre de régulateurs de charge et de décharge, utilisé en particulier en cas de champs multiples ou si l'on ne peut absorber un utilisateur. Une solution consiste alors, lorsqu'elle existe, à utiliser un shunt compatible avec le régulateur de charge. C'est un équipement qui renseigne le régulateur de charge sur l'intensité totale transitant par la batterie. En intégrant cette donnée, le régulateur peut alors déterminer l'état exact de charge de la batterie et ajuster le processus de charge précisément.

Cas particulier des onduleurs : un onduleur fournit à partir du courant continu du courant alternatif. Il est doté de fonction de régulation de décharge, puisqu'il coupera l'alimentation des consommateurs lorsque la tension de la batterie est trop basse.

Il accepte généralement des surcharges temporaires liées par exemple au démarrage de moteurs électriques, surcharges qui durent au maximum quelques secondes. Il est recommandé de connecter directement l'onduleur sur la batterie :

- d'une part s'il est conçu pour encaisser des dépassements de sa puissance nominale pendant quelques secondes, ce n'est pas le cas des régulateurs de charge,

-d'autre part, il arrive qu'on constate des incompatibilités des électroniques des onduleurs et des régulateurs, amenant de temps en temps à perturber le fonctionnement du régulateur, voire à l'endommager, si par mégarde on a connecté l'onduleur sur le régulateur de charge.

- enfin cela évite de devoir surdimensionner le régulateur pour qu'il soit adapté à la puissance nominale de l'onduleur.

Le fait de connecter l'onduleur directement à la batterie, fait que le régulateur de charge constate des variations de tensions imprévues de la batterie. Cela peut perturber son fonctionnement. Ceci n'est généralement pas critique sur les petites installations (quoique). Ce phénomène peut aussi parfois se produire si l'on dispose en parallèle d'un autre système de charge des batteries, une éolienne par exemple.

Si l'on veut éviter ces 'perturbations', on peut utiliser un shunt, et donc choisir un régulateur de charge acceptant cet accessoire : le shunt mesurera l'intensité totale circulant au travers de la batterie et le régulateur utilisera cette information pour calculer l'état de charge réel de la batterie et adapter la charge en conséquence.

Si le régulateur choisi ne dispose pas de shunt, la meilleure solution est de choisir une stratégie de charge en tension.

Quelques valeurs indicatives (batterie neuve à 20°) pour une batterie 12 V (pour 24 et 48, on multiplie respectivement par 2 et 4) :

pour les batteries au plomb ( électrolyte liquide, gel ou AGM) :

- A 11.5 Volts, la batterie est complètement déchargée, situation à éviter.

- A 12 Volts, la batterie est déchargée, lever le pied au niveau des consommations,

- le régulateur charge la batterie jusqu'à 14,4 Volts durant la charge (bulk),

-puis il charge jusqu'à 14.7 Volts et se maintient à cette tension exclusivement les batteries plomb ouvert, les batteries gel n'aiment pas. C'est la phase d'égalisation. Il réduit alors l'intensité du courant autorisé à circuler dans la batterie.

- enfin il ajuste la tension à 13.9V, tension de floating de la batterie, la batterie est chargée.

Pourquoi est-il précisé 'batterie à 20°' ? Parce que la tension de batterie varie avec la température, ainsi que sa capacité de stockage (mais là, on rentre dans le domaine des technologies de batterie, domaine trop vaste et trop pointu pour le développer ici).  Tous nos régulateurs disposent d'une sonde de température intégré. Placés dans le local batterie, ils ajustent donc la charge à la température ambiante. Si le régulateur est placé dans une pièce différente, il est alors judicieux d'installer une 'sonde distante', et de choisir donc un régulateur qui les accepte : par exemple batterie dans le garage, en montagne, et régulation à côté de la cheminée, pratique pour voir l'état des batteries le soir, au coin du feu, l'hiver...

Pour les batteries autres (lithium ion, ...) le processus de charge est radicalement différent. En particulier, il est primordial de ne pas maintenir de tension de charge sur une batterie chargée, sinon on endommage rapidement la batterie.

 

Pour bien intégrer ces infos, vous pouvez comparer les fiches techniques des 'régulateurs de charge et de décharge photovoltaïques' présentés sur le site steca.fr ou sur notre boutique en ligne.